20 ноября 2012
Магнитный туннельный переход - совершенно новая технологическая идея, обусловленная взамодействием спиновых моментов в слоях тонкопленочной структуры и эффектом гиганского магнитосопротивления (GMR)
Наряду с GMR, спин обуславливает и другие физические явления, например MTJ (Magnetic Tunnel Junction) – магнитный туннельный переход. Структура клапана на основе MTJ похожа на GMR-сенсор и состоит из двух слоев ферромагнетика, разделенных изолятором (обычно используют окись алюминия). Казалось бы, электрический ток вообще не должен протекать сквозь такую конструкцию. На самом деле в микромире возможны многие вещи, которые тяжело представить. В частности, если на пути электрона стоит непреодолимая стена в виде изолятора, это вовсе не означает, что он вообще не может преодолеть эту стену. В результате туннельного эффекта электрон в состоянии пройти сквозь стену навылет и оказаться с другой стороны. Туннельный эффект используется достаточно широко – от туннельных диодов до сканирующих туннельных микроскопов. В MTJ-клапанах наряду с туннельным эффектом используется тот факт, что электроны с различным спином движутся в магнитном поле по-разному. Если магнитное поле в обоих ферромагнитных слоях клапана совпадает по направлению, то те электроны, спин которых направлен по вектору магнитного поля, легко туннелируют из одного ферромагнитного слоя в другой. Таким образом, сопротивление клапана электрическому току оказывается низким. Если же магнитное поле в этих слоях будет направлено противоположным, то туннельный переход будет затруднен, так как в одном из слоев электрон будет вынужден двигаться против магнитного поля. Вследствие этого сопротивление клапана возрастает на 20–40%. Встречается также и другое название MJT-эффекта, который подчеркивает его отношение к спину – SDT (Spin Dependent Tunneling) – туннелирование, зависящее от спина. Первое работающее устройство на базе эффекта MTJ было создано в Массачусетском технологическом институте физиками Джагадишем Мудерой и Робертом Месерви.
На использовании эффекта MJT основано такое перспективное начинание как MRAM (Magnetic Random Access Memory) – магнитная оперативная память. Ее особенность в том, что информация в ней сохраняется не в виде электрических зарядов на обкладках конденсатора, как в динамической памяти DRAM, и не в виде состояния триггера, как в статической SRAM, а в виде намагниченности слоя ферромагнетика. В качестве достоинств такого типа памяти декларируется весьма малое энергопотребление, высокое быстродействие, гигантская плотность хранения информации. Собственно, поддержание состояния намагниченности вообще не требует затрат энергии, как это происходит в жестких дисках. Высокая плотность хранения обуславливается небольшими размерами элементарной ячейки, для которой не требуется ни большое количество транзисторов, как для SRAM, ни отдельные схемы регенерации, как для DRAM. Эффект MTJ используется в памяти MRAM для считывания информации из магнитной ячейки. Современные образцы памяти MRAM уже достигли емкости 256Кбит (по схеме 16К*16), используют напряжение питания 3В и обеспечивают длительность цикла чтения-записи не более 50 нс. Эти параметры позволяют MRAM напрямую конкурировать с Flash-памятью, а в перспективе – и с обычной динамической памятью. Это наконец-то позволит создавать компьютеры, содержимое памяти которых не будет пропадать при отключении электропитания.
По материалам сайта www.orioner.ru